JP2020159732A - Three-dimensional measurement method, three-dimensional measurement device, and robot system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステムに関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional measuring method, a three-dimensional measuring device, and a robot system.
特許文献1には、レーザー光を光スキャナーによって走査することにより形成されるパターン光を対象物に投影し、パターン光が投影された対象物をカメラで撮像することにより、対象物の三次元計測を行う方法が記載されている。
In
しかしながら、特許文献1の三次元計測方法では、光スキャナーによってライン状のレーザー光を往復走査するため、レーザー光を出射するレーザーダイオードの駆動時間が長くなりレーザーダイオードが高温になることでレーザー光の発光効率が変動する。そこで、レーザーダイオードが高温とならないようにレーザー光の出力を落として出射したとしても、投影されたパターン光のコントラストが低下して三次元計測の精度が低下してしまうという課題があった。
However, in the three-dimensional measurement method of
本発明の三次元計測方法は、ライン状のレーザー光を出射する光出射部と、
1つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、を備える三次元計測装置を用い、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行う三次元計測方法であって、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第1回転方向への揺動を往路とし、前記第1回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致することを特徴とする。
The three-dimensional measurement method of the present invention includes a light emitting unit that emits a line-shaped laser beam and a light emitting unit.
An optical scanning unit that includes a mirror that swings around one swing axis and reflects and scans the laser beam by the mirror.
A swing angle detection unit that detects the swing angle of the mirror,
Using a three-dimensional measuring device equipped with an imaging unit,
The pattern light formed by the laser beam scanned by the optical scanning unit is projected onto the object, and the object on which the pattern light is projected is imaged by the imaging unit to create a tertiary of the object. It is a three-dimensional measurement method that performs original measurement.
When the swing of the mirror around the swing axis in the first rotation direction is the outward path and the swing in the direction opposite to the first rotation direction is the return path.
It is characterized in that the outward path pattern light formed by emitting the laser beam on the outward path and the return path pattern light formed by emitting the laser beam on the return path coincide with each other.
以下、本発明の三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステムを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the three-dimensional measurement method, the three-dimensional measurement device, and the robot system of the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings.
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るロボットシステムの全体構成を示す図である。図2は、三次元計測装置の全体構成を示す図である。図3は、図2に示す三次元計測装置が有する光走査部を示す平面図である。図4は、投影部により投影されるパターン光の一例を示す平面図である。図5は、位相シフト法を用いた三次元計測の手順を示すフローチャートである。図6は、駆動制御部による制御を示すタイミングチャートである。図7は、往路でのレーザー光の走査により形成されるパターン光を示す平面図である。図8は、復路でのレーザー光の走査により形成されるパターン光を示す平面図である。図9ないし図12は、駆動制御部が生成するテーブルの一例を示す図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a robot system according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the overall configuration of the three-dimensional measuring device. FIG. 3 is a plan view showing an optical scanning unit included in the three-dimensional measuring device shown in FIG. FIG. 4 is a plan view showing an example of the pattern light projected by the projection unit. FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of three-dimensional measurement using the phase shift method. FIG. 6 is a timing chart showing control by the drive control unit. FIG. 7 is a plan view showing a pattern light formed by scanning the laser light on the outward path. FIG. 8 is a plan view showing a pattern light formed by scanning the laser light on the return path. 9 to 12 are diagrams showing an example of a table generated by the drive control unit.
図1に示すロボットシステム1は、ロボット2と、レーザー光Lを用いて対象物Wの三次元計測を行う三次元計測装置4と、三次元計測装置4の計測結果に基づいてロボット2の駆動を制御するロボット制御装置5と、ロボット制御装置5と通信可能なホストコンピューター6と、を有する。これら各部は、有線または無線により通信可能とされ、該通信は、インターネットのようなネットワークを介してなされてもよい。
The
−ロボット−
ロボット2は、例えば、精密機器やこれを構成する部品の給材、除材、搬送および組立等の作業を行うロボットである。ただし、ロボット2の用途としては、特に限定されない。本実施形態のロボット2は、6軸ロボットであり、図1に示すように、床や天井に固定されるベース21と、ベース21に連結されたロボットアーム22と、を有する。
-Robot-
The
ロボットアーム22は、ベース21に第1軸O1まわりに回動自在に連結された第1アーム221と、第1アーム221に第2軸O2まわりに回動自在に連結された第2アーム222と、第2アーム222に第3軸O3まわりに回動自在に連結された第3アーム223と、第3アーム223に第4軸O4まわりに回動自在に連結された第4アーム224と、第4アーム224に第5軸O5まわりに回動自在に連結された第5アーム225と、第5アーム225に第6軸O6まわりに回動自在に連結された第6アーム226と、を有する。また、第6アーム226には、ロボット2に実行させる作業に応じたエンドエフェクター24が装着される。
The
また、ロボット2は、ベース21に対して第1アーム221を回動させる第1駆動装置251と、第1アーム221に対して第2アーム222を回動させる第2駆動装置252と、第2アーム222に対して第3アーム223を回動させる第3駆動装置253と、第3アーム223に対して第4アーム224を回動させる第4駆動装置254と、第4アーム224に対して第5アーム225を回動させる第5駆動装置255と、第5アーム225に対して第6アーム226を回動させる第6駆動装置256と、を有する。第1〜第6駆動装置251〜256は、それぞれ、例えば、駆動源としてのモーターと、モーターの駆動を制御するコントローラーと、モーターの回転量を検出するエンコーダーと、を有する。そして、第1〜第6駆動装置251〜256は、それぞれ、ロボット制御装置5によって独立して制御される。
Further, the
ロボット2としては、本実施形態の構成に限定されず、例えば、ロボットアーム22が有するアームの数が1本〜5本であってもよいし、7本以上であってもよい。また、例えば、ロボット2の種類は、スカラロボットや、2つのロボットアーム22を有する双腕ロボットであってもよい。
The
−ロボット制御装置−
ロボット制御装置5は、ホストコンピューター6からロボット2の位置指令を受け、各アーム221〜226が受けた位置指令に応じた位置となるように、第1〜第6駆動装置251〜256の駆動をそれぞれ独立して制御する。ロボット制御装置5は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー(CPU)と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが保存され、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。
-Robot control device-
The robot control device 5 receives a position command of the
−三次元計測装置−
三次元計測装置4は、位相シフト法を用いて対象物Wの三次元計測を行う。図2に示すように、三次元計測装置4は、対象物Wを含む領域にレーザー光Lにより形成したパターン光PLを投影する投影部40と、パターン光PLが投影された対象物Wを含む領域を撮像した撮像画像を取得する撮像部47と、投影部40および撮像部47の駆動を制御する制御部48と、撮像画像に基づいて対象物Wの三次元形状を計測する計測部49と、を備える。
-Three-dimensional measuring device-
The three-dimensional measuring device 4 performs three-dimensional measurement of the object W by using the phase shift method. As shown in FIG. 2, the three-dimensional measuring device 4 includes a
これら各構成要素のうち、少なくとも投影部40および撮像部47は、それぞれ、ロボット2の第5アーム225に固定されている。そのため、投影部40および撮像部47の相対的な位置関係は、固定されている。また、投影部40は、第5アーム225の先端側すなわちエンドエフェクター24側に向けてレーザー光Lを照射するように配置され、撮像部47は、第5アーム225の先端側を向き、レーザー光Lの照射範囲を含む領域を撮像するように配置されている。
Of these components, at least the
ここで、第5アーム225の先端側にエンドエフェクター24が位置する関係は、第5アーム225以外のアーム221〜224、226がどのように動いても維持される。そのため、第5アーム225に投影部40および撮像部47を固定することにより、三次元計測装置4は、常に、エンドエフェクター24の先端側にレーザー光Lを出射することができると共に、エンドエフェクター24の先端側を撮像することができる。したがって、エンドエフェクター24により対象物Wを把持しようとするときの姿勢、つまり、エンドエフェクター24が対象物Wに対して如何なる姿勢で対向しても、当該姿勢において対象物Wに向けてレーザー光Lを照射することができると共に、対象物Wを撮像することができる。そのため、より確実に対象物Wの三次元計測を行うことができる。
Here, the relationship in which the
ただし、投影部40および撮像部47の配置は、特に限定されず、第1〜第4アーム221〜224や第6アーム226に固定されていてもよい。また、投影部40および撮像部47のいずれか一方は、ベース21、床、天井、壁等の可動しない部位に固定されていてもよい。
However, the arrangement of the
投影部40は、レーザー光Lを用いて対象物Wに図4に示す縞状のパターン光PLを投影する機能を有する。投影部40は、図2に示すように、ライン状のレーザー光Lを出射する光出射部41と、レーザー光Lを対象物Wに向けて走査する光走査部44と、レーザー光Lの強度を検出する光強度検出部45と、光走査部44が有するミラー444の揺動角を検出する揺動角検出部46と、を有する。また、光出射部41は、レーザー光Lを出射するレーザー光源42と、レーザー光源42から出射されたレーザー光Lが通過する複数のレンズを含む光学系43と、を有する。
The
レーザー光源42としては、特に限定されず、例えば、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)、外部共振器型垂直面発光レーザー(VECSEL)等の半導体レーザーを用いることができる。光学系43は、レーザー光源42から出射されるレーザー光Lを対象物W付近に集光する集光レンズ431と、集光レンズ431によって集光されたレーザー光Lを後述する揺動軸Jと平行な方向すなわち図2の紙面奥行き方向に延びるライン状とするロッドレンズ432と、を有する。このように、本実施形態では、レーザー光源42と光学系43とでライン状のレーザー光Lとしているが、ライン状のレーザー光Lを形成することができれば、光出射部41の構成は、特に限定されない。
The
光強度検出部45としては、特に限定されず、例えば、フォトダイオードを用いることができる。また、本実施形態では、光強度検出部45は、レーザー光源42に内蔵されている。ただし、光強度検出部45の構成としては、特に限定されず、例えば、光強度検出部45をレーザー光源42とは別体とし、さらに、レーザー光Lの光路の途中にハーフミラーを配置してレーザー光Lの一部を分岐させ、分岐させたレーザー光を光強度検出部45であるフォトダイオードが受光するような構成であってもよい。
The light
光走査部44は、ライン状のレーザー光Lを走査する。これにより、レーザー光Lを二次元的すなわち面状に拡散させて照射することができる。光走査部44としては、特に限定されず、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等を用いることができる。
The
本実施形態の光走査部44は、MEMSで構成されている。図3に示すように、光走査部44は、可動部441と、可動部441を支持する支持部442と、可動部441と支持部442とを接続し、可動部441を支持部442に対して揺動軸Jまわりに揺動可能とする梁部443と、可動部441の表面に配置され、レーザー光Lを反射するミラー444と、可動部441の裏面に設けられた永久磁石445と、永久磁石445と対向配置されたコイル446と、を有する。このような光走査部44は、揺動軸Jがライン状のレーザー光Lの延在方向とほぼ一致するように配置されている。そして、コイル446に駆動信号が印加されると、可動部441が揺動軸Jまわりに所定の周期で正・逆交互に揺動し、これにより、ライン状のレーザー光Lが面状に走査される。
The
揺動角検出部46は、図3に示すように、梁部443と支持部442との接続部に設けられたピエゾ抵抗部461を有する。ピエゾ抵抗部461は、可動部441が揺動軸Jまわりに揺動するのに伴って支持部442に発生する応力に応じて抵抗値が変化する。そのため、ピエゾ抵抗部461の抵抗値変化に基づいて、可動部441の揺動軸Jまわりの傾きすなわちミラー444の揺動角を検知することができる。ただし、ピエゾ抵抗部461の配置としては、特に限定されず、可動部441の揺動に応じた応力を受ける箇所であれば、どこに配置してもよい。また、揺動角検出部46としては、ミラー444の揺動角を検出することができれば、ピエゾ抵抗部461に限定されない。
As shown in FIG. 3, the swing
撮像部47は、少なくとも1つの対象物Wにパターン光PLが投影されている状態を撮像する。図2に示すように、撮像部47は、例えば、CMOSイメージセンサー、CCDイメージセンサー等の撮像素子472と集光レンズ473とを備えたカメラ471で構成されている。カメラ471は、計測部49に接続され、撮像した画像データを計測部49に送信する。
The
図2に示すように、制御部48は、揺動角検出部46から出力される検出信号すなわちミラー444の揺動軸Jまわりの傾きに関する角度情報Iθ、および、光強度検出部45から出力される検出信号すなわちレーザー光Lの強度に関する光強度情報Ipを受け付ける情報受付部481と、情報受付部481が受け付けた角度情報Iθおよび光強度情報Ipに基づいて、投影部40および撮像部47の駆動を制御する駆動制御部483と、を有する。
As shown in FIG. 2, the
このような制御部48は、例えば、コンピューターから構成され、情報を処理するプロセッサー(CPU)と、プロセッサーに通信可能に接続されたメモリーと、外部インターフェースと、を有する。メモリーにはプロセッサーにより実行可能な各種プログラムが記憶されており、プロセッサーは、メモリーに記憶された各種プログラム等を読み込んで実行することができる。
Such a
駆動制御部483は、ミラー444が所定周期かつ所定揺動角で揺動するように、コイル446に印加する駆動信号を制御する。また、駆動制御部483は、情報受付部481が受け付けた角度情報Iθに基づいて、ミラー444の揺動と同期させてレーザー光源42からレーザー光Lを出射し、例えば、図4に示すような、輝度値の明暗で表現した縞模様の繰返し周期fを有するパターン光PLを対象物W上に投影する。この際、駆動制御部483は、情報受付部481が受け付けた光強度情報Ipをフィードバックし、レーザー光Lの強度が所望の強度となるように、レーザー光源42に印加する駆動電圧の大きさを制御する。駆動制御部483は、さらに、カメラ471の駆動を制御し、パターン光PLが投影されている状態の対象物Wを含む領域を撮像する。
The
次に、対象物Wの三次元計測に用いる位相シフト法について説明する。図5に示すように、駆動制御部483は、対象物Wに第1周期f1をもつ第1パターン光PL1を投影し、第1パターン光PL1が投影された対象物Wを含む領域をカメラ471で撮像するよう各部を制御する第1撮像ステップS1と、対象物Wに第1周期f1よりも短い第2周期f2をもつ第2パターン光PL2を投影し、第2パターン光PL2が投影された対象物Wを含む領域をカメラ471で撮像するよう各部を制御する第2撮像ステップS2と、対象物Wに第2周期f2よりも短い第3周期f3をもつ第3パターン光PL3を投影し、第3パターン光PL3が投影された対象物Wを含む領域をカメラ471で撮像するよう各部を制御する第3撮像ステップS3と、対象物Wに第3周期f3よりも短い第4周期f4をもつ第4パターン光PL4を投影し、第4パターン光PL4が投影された対象物Wを含む領域をカメラ471で撮像するよう各部を制御する第4撮像ステップS4と、を有する。
Next, the phase shift method used for the three-dimensional measurement of the object W will be described. As shown in FIG. 5, the
このように、駆動制御部483は、位相シフト法の中でも異なる周期fを有する複数のパターン光PLを用いる「複数周期位相シフト法」を用いて対象物Wの三次元計測を行う。位相シフト法においては、パターン光PLの周期fが長い程、計測レンジが拡大するが、深度分解能が低下し、パターン光PLの周期fが短い程、計測レンジが縮小するが、深度分解能が向上する。そこで、複数周期位相シフト法を用いることにより、広い計測レンジと高い深度分解能との両立を図ることができる。ただし、複数周期位相シフト法としては、特に限定されず、例えば、複数周期で周期毎に複数回計測する手法であってもよいし、複数周期で周期毎に異なった回数計測する手法であってもよい。
As described above, the
また、駆動制御部483は、第1撮像ステップS1において、対象物Wに第1パターン光PL1をπ/2ずつ位相をずらして4回投影し、その都度、第1パターン光PL1が投影された対象物Wを含む領域をカメラ471で撮像するよう各部を制御する。このことは、第2撮像ステップS2、第3撮像ステップS3および第4撮像ステップS4についても同様である。
Further, in the first imaging step S1, the
計測部49は、第1〜第4撮像ステップS1〜S4において撮像部47が取得した複数の画像データに基づいて、対象物Wの三次元計測のための演算を行う。具体的には、計測部49は、複数の画像データを演算し、対象物Wの姿勢、位置(空間座標)等を含む三次元情報を求める。そして、計測部49は、求めた対象物Wの三次元情報をホストコンピューター6に送信する。
The measuring
以上、位相シフト法について説明したが、これに限定されず、例えば、第2撮像ステップS2以降を省略してもよい。また、反対に、第5撮像ステップ、第6撮像ステップまたはそれ以上のステップを有していてもよい。ステップを増やす程、計測レンジの拡大と深度分解能の向上とを図ることができるが、撮影回数が増す分、撮像画像を取得するのに要する時間が増えて、ロボット2の稼働効率が低下する。そのため、三次元計測の精度および計測レンジとロボット2の稼働効率との兼ね合いからステップの数を適宜設定すればよい。
Although the phase shift method has been described above, the method is not limited to this, and for example, the second imaging step S2 and subsequent steps may be omitted. On the contrary, it may have a fifth imaging step, a sixth imaging step or more. As the number of steps is increased, the measurement range can be expanded and the depth resolution can be improved. However, as the number of times of shooting increases, the time required to acquire the captured image increases, and the operating efficiency of the
また、第1撮像ステップS1において、位相をずらした第1パターン光PL1を投影する回数は、4回に限定されず、撮影結果から位相を計算できる回数であればよい。この回数を増やす程、より精度よく位相を計算することができるが、カメラ471による撮像回数が増す分、撮像画像を取得するのに要する時間が増えて、ロボット2の稼働効率が低下する。そのため、三次元計測の精度とロボット2の稼働効率との兼ね合いから第1パターン光PL1の投影回数を適宜設定すればよい。第2撮像ステップS2、第3撮像ステップS3および第4撮像ステップS4についても同様である。
Further, in the first imaging step S1, the number of times the first pattern light PL1 whose phase is shifted is not limited to four times, and the number of times the phase can be calculated from the imaging result may be used. As the number of times increases, the phase can be calculated more accurately, but as the number of times of imaging by the
また、パターン光PLとしては、位相シフト法に用いることができるものであれば、特に限定されない。 The pattern light PL is not particularly limited as long as it can be used in the phase shift method.
−ホストコンピューター−
ホストコンピューター6は、計測部49が算出した対象物Wの三次元情報からロボット2の位置指令を生成し、生成した位置指令をロボット制御装置5に送信する。ロボット制御装置5は、ホストコンピューター6から受信した位置指令に基づいて第1〜第6駆動装置251〜256をそれぞれ独立して制御し、第1〜第6アーム221〜226を指示された位置に移動させる。なお、本実施形態では、ホストコンピューター6と計測部49とが別体となっているが、これに限定されず、ホストコンピューター6に計測部49としての機能が搭載されていてもよい。
− Host computer −
The host computer 6 generates a position command of the
以上、ロボットシステム1の全体構成について簡単に説明した。次に、三次元計測装置4による三次元計測について詳細に説明する。本実施形態のロボットシステム1では、まず、ロボットアーム22を対象物Wの三次元計測を行うための姿勢とし、次に、ロボットアーム22が前記姿勢で停止している状態において光走査部44の駆動を開始して可動部441を揺動軸Jまわりに揺動させ、次に、レーザー光源42からレーザー光Lを出射してパターン光PLを対象物Wに投影し、次に、パターン光PLが投影された対象物Wを含む領域をカメラ471で撮像することにより対象物Wの三次元計測を行う。
The overall configuration of the
このように、ロボットアーム22が停止してから光走査部44の駆動を開始することにより、光走査部44を常時駆動させておく場合と比べて、三次元計測装置4の省電力化を図ることができる。また、可動部441を揺動させてからレーザー光Lを出射することにより、レーザー光Lが常に走査され、同じ個所に照射され続けるのを抑制することができる。そのため、仮に、ロボット2と共存する人がいて、その人の眼にレーザー光Lが照射されてしまったとしても、その照射が一瞬で済むため、眼への悪影響をより確実に抑制することができる。したがって、ロボット2と共存する人にとってより安全なロボットシステム1となる。
In this way, by starting the driving of the
また、ミラー444は、揺動軸Jまわりに揺動するため、図6に示すように、ミラー444の揺動には、揺動軸Jまわりの一方側に向かう往路Aと、往路Aとは反対側に向かう復路Bと、がある。そして、駆動制御部483は、図7および図8に示すように、ミラー444の揺動が往路Aのときにレーザー光源42からレーザー光Lを出射して形成する往路パターン光PL’と、ミラー444の揺動が復路Bのときにレーザー光源42からレーザー光Lを出射して形成する復路パターン光PL”と、を一致させる。すなわち、往路パターン光PL’と復路パターン光PL”とが互いに同じパターンであり、かつ、往路パターン光PL’と復路パターン光PL”とが投影面上でずれることなく重なり合う。
Further, since the
そのため、往路パターン光PL’と復路パターン光PL”とが重なってパターン光PLが形成され、パターン光PLを十分に明るくすることができる。このように、パターン光PLを明るくすることができれば、その分、レーザー光源42の出力を落とすことができ、レーザー光源42の発熱を抑制することができる。そのため、レーザー光源42の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光PLがより鮮明となる。したがって、対象物Wの三次元計測精度が向上する。また、パターン光PLが明るい分、カメラ471の露光時間を短くすることができ、対象物Wの三次元計測をより短時間で行うことができる。なお、前述した「往路パターン光PL’と復路パターン光PL”とが一致する」とは、完全に一致する場合の他、技術上生じるわずかな誤差を有する場合も含む意味である。
Therefore, the outbound pattern light PL'and the inbound pattern light PL' overlap to form the pattern light PL, and the pattern light PL can be sufficiently brightened. In this way, if the pattern light PL can be brightened, The output of the
また、駆動制御部483は、ミラー444の最大揺動角付近である図6中のレーザー光非出射エリアQではレーザー光Lを出射しないよう各部を制御する。最大揺動角付近ではミラー444の揺動速度が著しく遅く、レーザー光Lの走査に向いていないため、このような箇所でレーザー光Lを出射しないことにより、より鮮明なパターン光PLを形成することができる。ただし、これに限定されず、ミラー444の最大揺動角付近においてもレーザー光Lを出射するよう各部を制御してもよい。
Further, the
また、三次元計測装置4には、ミラー444の揺動角の基準となる第1基準角度θ1および第2基準角度θ2が設定されており、これらの値は、それぞれ、制御部48に記憶されている。なお、第1基準角度θ1は、0°<θ1<+θmの範囲で設定され、第2基準角度θ2は、−θm<θ<0の範囲で設定されている。ただし、これに限定されず、第1基準角度θ1が、−θm<θ<0の範囲で設定され、第2基準角度θ2が0°<θ1<+θmの範囲で設定されていてもよい。
Further, the three-dimensional measuring device 4 is set with a first reference angle θ1 and a second reference angle θ2 that serve as a reference for the swing angle of the
駆動制御部483は、n回目の復路B(n)のときにミラー444の揺動角が第1基準角度θ1となる時刻Tb0と、その次のn+1回目の復路B(n+1)のときにミラー444の揺動角が第1基準角度θ1となる時刻Tb1と、復路B(n)と復路B(n+1)との間に位置するm回目の往路A(m)の際にミラー444の揺動角が第1基準角度θ1となる時刻Ta0と、を取得する。これら時刻Tb0、Tb1、Ta0の取得は、情報受付部481が受け付ける角度情報Iθと、基準時刻を生成するクロックパルスと、により取得することできる。なお、前記n、mは、それぞれ、自然数である。
The
また、駆動制御部483は、時刻Tb0と時刻Tb1との差ΔT11と、時刻Ta0と時刻Tb1との差ΔT12と、を求める。なお、差ΔT11は、ミラー444の1周期の長さに相当する。また、駆動制御部483は、差ΔT11、ΔT12に基づいて、時刻Tb0と時刻Ta0との差ΔT13をさらに求める。そして、駆動制御部483は、求めた差ΔT11、ΔT12、ΔT13に基づいて、復路B(n+1)の直後にくる往路Aすなわちm+1回目の往路A(m+1)におけるレーザー光Lの出射を制御する。
Further, the
具体的には、差ΔT11、ΔT12、ΔT13に基づいて、往路A(m+1)においてミラー444が各揺動角となる時刻tを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Lの強度Dを組み合わせて、図9に示すようなテーブル100を生成する。そして、駆動制御部483は、往路A(m+1)では、生成したテーブル100に基づいてレーザー光Lの出射を制御する。
Specifically, based on the differences ΔT11, ΔT12, and ΔT13, the time t at which the
このような方法によれば、実際のミラー444の揺動状態に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー444の挙動に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Lの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図9に示すテーブル100では、制御の開始時刻を、復路B(n+1)と往路A(m+1)との境界、つまり、これらの間でミラー444が最大揺動角+θmとなる時刻ts1としている。
According to such a method, the emission timing and intensity of the laser beam L can be determined based on the actual swing state of the
駆動制御部483は、上述の制御をミラー444の周期毎に繰り返す。つまり、駆動制御部483は、n+1回目の復路B(n+1)のときにミラー444の揺動角が第1基準角度θ1となる時刻Tb1と、その次のn+2回目の復路B(n+2)のときにミラー444の揺動角が第1基準角度θ1となる時刻Tb2と、復路B(n+1)と復路B(n+2)との間に位置するm+1回目の往路A(m+1)の際にミラー444の揺動角が第1基準角度θ1となる時刻Ta1と、を取得する。
The
また、駆動制御部483は、時刻Tb1と時刻Tb2との差ΔT11’と、時刻Ta1と時刻Tb2との差ΔT12’と、を求める。また、駆動制御部483は、差ΔT11’、ΔT12’に基づいて、時刻Tb1と時刻Ta1との差ΔT13’をさらに求める。そして、駆動制御部483は、求めた差ΔT11’、ΔT12’、ΔT13’に基づいて、復路B(n+2)の直後にくる往路Aすなわちm+2回目の往路A(m+2)におけるレーザー光Lの出射を制御する。
Further, the
具体的には、差ΔT11’、ΔT12’、ΔT13’に基づいて、往路A(m+2)においてミラー444が各揺動角となる時刻tを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Lの強度Dを組み合わせて、図10に示すようなテーブル101を生成する。テーブル101は、テーブル100を更新して生成してもよいし、テーブル100とは別に生成してもよい。そして、駆動制御部483は、往路A(m+2)では、生成したテーブル101に基づいてレーザー光Lの出射を制御する。
Specifically, based on the differences ΔT11', ΔT12', and ΔT13', the time t at which the
このような方法によれば、実際のミラー444の揺動状態に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー444の挙動に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Lの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図10に示すテーブル101では、制御の開始時刻を、復路B(n+2)と往路A(m+2)との境界、つまり、これらの間でミラー444が最大揺動角+θmとなる時刻ts2としている。
According to such a method, the emission timing and intensity of the laser beam L can be determined based on the actual swing state of the
なお、本明細書では、これ以上の説明を省略するが、駆動制御部483は、m+3回目の往路A(m+3)、m+4回目の往路A(m+4)またはそれ以降の往路Aについても、上述した制御を繰り返す。これにより、上述の効果が継続的に発揮される。ここで、本実施形態では、テーブル100を用いて、その直後である往路A(m+1)でのレーザー光Lの出射を制御しているが、これに限定されず、m+2回目、m+3回目またはそれ以降の往路Aでのレーザー光の出射を制御してもよい。例えば、直後の往路A(m+1)にミラー444が到達するまでにテーブル100が生成できない場合が考えられ、この場合には、テーブル100が生成されて、テーブル100に基づく制御が可能となって最初の往路Aにおいて、このテーブル100に基づいてレーザー光Lの出射を制御してもよい。
Although further description is omitted in the present specification, the
ここで、第1基準角度θ1としては、特に限定されないが、例えば、0.4≦θ1/+θm≦0.8であることが好ましく、0.4≦θ1/+θm≦0.7であることがより好ましく、0.45≦θ1/+θm≦0.6であることがさらに好ましい。第1基準角度θ1が大きい程、ジッター(ミラー444の揺らぎ)の影響が小さくなるため、往路A(m+1)で投影されるパターン光PLと、往路A(m+2)で投影されるパターン光PLとのずれをより効果的に抑制することができる。ただし、反対に、差ΔT13、ΔT13’が小さくなり過ぎて、テーブル100、101の生成精度が低下するおそれもある。そこで、上述したような範囲とすることにより、ジッターの影響を十分に抑えつつ、テーブル100、101の生成精度を高めることができる。そのため、レーザー光Lの出射をより精度よく制御することができる。 Here, the first reference angle θ1 is not particularly limited, but for example, it is preferably 0.4 ≦ θ1 / + θm ≦ 0.8, and 0.4 ≦ θ1 / + θm ≦ 0.7. More preferably, 0.45 ≦ θ1 / + θm ≦ 0.6. The larger the first reference angle θ1, the smaller the influence of jitter (fluctuation of the mirror 444). Therefore, the pattern light PL projected on the outward path A (m + 1) and the pattern light PL projected on the outward path A (m + 2) It is possible to suppress the deviation more effectively. However, on the contrary, the differences ΔT13 and ΔT13'may become too small, and the generation accuracy of the tables 100 and 101 may decrease. Therefore, by setting the range as described above, it is possible to improve the generation accuracy of the tables 100 and 101 while sufficiently suppressing the influence of jitter. Therefore, the emission of the laser beam L can be controlled more accurately.
以上、往路Aにおけるレーザー光Lの制御方法について説明した。次に、復路Bにおけるレーザー光Lの制御方法について説明する。なお、復路Bにおけるレーザー光Lの制御方法は、往路Aにおけるレーザー光Lの制御方法と同様である。 The control method of the laser beam L in the outward path A has been described above. Next, a method of controlling the laser beam L in the return path B will be described. The method of controlling the laser beam L in the return path B is the same as the method of controlling the laser beam L in the outward path A.
図6に示すように、駆動制御部483は、m回目の往路A(m)のときにミラー444の揺動角が第2基準角度θ2となる時刻Tc0と、その次のm+1回目の往路A(m+1)のときにミラー444の揺動角が第2基準角度θ2となる時刻Tc1と、往路A(m)と往路A(m+1)との間に位置するn+1回目の復路B(n+1)の際にミラー444の揺動角が第2基準角度θ2となる時刻Td0と、を取得する。
As shown in FIG. 6, the
また、駆動制御部483は、時刻Tc0と時刻Tc1との差ΔT21と、時刻Td0と時刻Tc1との差ΔT22と、を求める。また、駆動制御部483は、差ΔT21、ΔT22に基づいて、時刻Tc0と時刻Td0との差ΔT23をさらに求める。そして、駆動制御部483は、求めた差ΔT21、ΔT22、ΔT23に基づいて、往路A(m+1)の直後にくる復路Bすなわちn+2回目の復路B(n+2)におけるレーザー光Lの出射を制御する。
Further, the
具体的には、差ΔT21、ΔT22、ΔT23に基づいて、復路B(n+2)においてミラー444が各揺動角となる時刻tを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Lの強度Dを組み合わせて、図11に示すようなテーブル102を生成する。そして、駆動制御部483は、復路B(n+2)では、生成したテーブル102に基づいてレーザー光Lの出射を制御する。
Specifically, based on the differences ΔT21, ΔT22, and ΔT23, the time t at which the
このような方法によれば、実際のミラー444の揺動状態に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー444の挙動に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Lの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図11に示すテーブル102では、制御の開始時刻を、往路A(m+1)と復路B(n+2)との境界、つまり、これらの間でミラー444が最大揺動角−θmとなる時刻ts3としている。
According to such a method, the emission timing and intensity of the laser beam L can be determined based on the actual swing state of the
駆動制御部483は、上述の制御をミラー444の周期毎に繰り返す。つまり、駆動制御部483は、m+1回目の往路A(m+1)のときにミラー444の揺動角が第2基準角度θ2となる時刻Tc1と、その次のm+2回目の往路A(m+2)のときにミラー444の揺動角が第2基準角度θ2となる時刻Tc2と、往路A(m+1)と往路A(m+2)との間に位置するn+2回目の復路B(n+2)の際にミラー444の揺動角が第2基準角度θ2となる時刻Td1と、を取得する。
The
また、駆動制御部483は、時刻Tc1と時刻Tc2との差ΔT21’と、時刻Td1と時刻Tc2との差ΔT22’と、を求める。また、駆動制御部483は、差ΔT21’、ΔT22’に基づいて、時刻Tc1と時刻Td1との差ΔT23’をさらに求める。そして、駆動制御部483は、求めた差ΔT21’、ΔT22’、ΔT23’に基づいて、往路A(m+2)の直後にくる復路Bすなわちn+3回目の復路B(n+3)におけるレーザー光Lの出射を制御する。
Further, the
具体的には、差ΔT21’、ΔT22’、ΔT23’に基づいて、復路B(n+3)においてミラー444が各揺動角となる時刻tを演算により予想し、これに、各揺動角におけるレーザー光Lの強度を組み合わせて、図12に示すようなテーブル103を生成する。テーブル103は、テーブル102を更新して生成してもよいし、テーブル102とは別に生成してもよい。そして、駆動制御部483は、復路B(n+3)では、生成したテーブル103に基づいてレーザー光Lの出射を制御する。
Specifically, based on the differences ΔT21', ΔT22', and ΔT23', the time t at which the
このような方法によれば、実際のミラー444の揺動状態に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射制御を精度よく行うことができる。特に、本実施形態では、直前のミラー444の挙動に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定しているため、レーザー光Lの出射制御をさらに精度よく行うことができる。なお、図12に示すテーブル103では、制御の開始時刻を、往路A(m+2)と復路B(n+3)との境界、つまり、これらの間でミラー444が最大揺動角−θmとなる時刻ts4としている。
According to such a method, the emission timing and intensity of the laser beam L can be determined based on the actual swing state of the
なお、本明細書では、これ以上の説明を省略するが、駆動制御部483は、n+4回目の復路B(n+4)、n+5回目の復路B(n+5)またはそれ以降の復路Bについても、上述した制御を繰り返す。これにより、上述の効果が継続的に発揮される。ここで、本実施形態では、テーブル102を用いて、その直後である復路B(n+2)でのレーザー光Lの出射を制御しているが、これに限定されず、n+3回目、n+4回目またはそれ以降の往路Aでのレーザー光の出射を制御してもよい。例えば、直後の復路B(n+2)にミラー444が到達するまでにテーブル102が生成できない場合が考えられ、この場合には、テーブル102が生成されて、テーブル102に基づく制御が可能となって最初の復路Bにおいて、このテーブル102に基づいてレーザー光Lの出射を制御してもよい。
Although further description is omitted in the present specification, the
ここで、第2基準角度θ2としては、特に限定されないが、例えば、0.4≦θ2/−θm≦0.8であることが好ましく、0.4≦θ2/−θm≦0.7であることがより好ましく、0.45≦θ2/−θm≦0.6であることがさらに好ましい。第2基準角度θ2が大きい程、ジッター(ミラー444の揺らぎ)の影響が小さくなるため、復路B(n+2)で投影されるパターン光PLと、復路B(n+3)で投影されるパターン光PLとのずれをより効果的に抑制することができる。ただし、反対に、ΔT23、ΔT23’が小さくなり過ぎて、テーブル102、103の生成精度が低下するおそれもある。そこで、上述したような範囲とすることにより、ジッターの影響を十分に抑えつつ、テーブル102、103の生成精度を高めることができる。そのため、レーザー光Lの出射をより精度よく制御することができる。 Here, the second reference angle θ2 is not particularly limited, but is preferably 0.4 ≦ θ2 / −θm ≦ 0.8, and 0.4 ≦ θ2 / −θm ≦ 0.7. More preferably, 0.45 ≦ θ2 / −θm ≦ 0.6 is further preferable. The larger the second reference angle θ2, the smaller the influence of jitter (fluctuation of the mirror 444). Therefore, the pattern light PL projected on the return path B (n + 2) and the pattern light PL projected on the return path B (n + 3) It is possible to suppress the deviation more effectively. However, on the contrary, ΔT23 and ΔT23'may become too small, and the generation accuracy of the tables 102 and 103 may decrease. Therefore, by setting the range as described above, it is possible to improve the generation accuracy of the tables 102 and 103 while sufficiently suppressing the influence of jitter. Therefore, the emission of the laser beam L can be controlled more accurately.
なお、第2基準角度θ2は、第1基準角度θ1と絶対値が同じであってもよいし、異なっていてもよい。つまり、|θ1|=|θ2|であってもよいし、|θ1|≠|θ2|であってもよい。ただし、|θ1|=|θ2|であることが好ましい。これにより、往路Aおよび復路Bを同じ条件で予測することができるため、より精度のよい制御が可能となる。 The second reference angle θ2 may have the same absolute value as the first reference angle θ1 or may be different. That is, | θ1 | = | θ2 | or | θ1 | ≠ | θ2 |. However, it is preferable that | θ1 | = | θ2 |. As a result, the outbound route A and the inbound route B can be predicted under the same conditions, so that more accurate control becomes possible.
以上のように、本実施形態の制御方法によれば、テーブル100、101、102、103をそれぞれ精度よく生成することができる。また、これらのテーブル100、101、102、103は、ミラー444が最大揺動角±θmとなる時刻ts1、ts2、ts3、ts4を開始時刻として生成されている。つまり、互いに同じ基準で生成されている。そのため、往路A(m+1)でのレーザー光Lの走査で形成される往路パターン光PL’と、復路B(n+2)でのレーザー光Lの走査で形成される復路パターン光PL”と、往路A(m+2)でのレーザー光Lの走査で形成される往路パターン光PL’と、復路B(n+3)でのレーザー光Lの走査で形成される復路パターン光PL”と、がより高精度に一致する。つまり、連続して形成される複数の往路パターン光PL’、復路パターン光PL”が互いに高精度に重なり合うため、より鮮明で明るいパターン光PLを対象物Wに投影することができる。そのため、対象物Wの三次元計測を精度よくかつ短時間で行うことができる。
As described above, according to the control method of the present embodiment, the tables 100, 101, 102, and 103 can be generated with high accuracy, respectively. Further, these tables 100, 101, 102, and 103 are generated with the times ts1, ts2, ts3, and ts4 at which the
以上、ロボットシステム1について説明した。このようなロボットシステム1は、前述したように、ロボットアーム22を備えるロボット2と、対象物Wの三次元計測を行う三次元計測装置4と、三次元計測装置4による計測結果に基づいてロボット2の動作を制御するロボット制御装置5と、を備える。また、三次元計測装置4は、ライン状のレーザー光Lを出射する光出射部41と、1つの揺動軸Jまわりに揺動するミラー444を備え、ミラー444によってレーザー光Lを反射して走査する光走査部44と、ミラー444の揺動角を検出する揺動角検出部46と、撮像部47と、光出射部41の駆動を制御する制御部48と、を備え、光走査部44で走査されたレーザー光Lにより形成されるパターン光PLを対象物Wに投影し、パターン光PLが投影されている対象物Wを撮像部47により撮像することにより、対象物Wの三次元計測を行う。そして、ミラー444の揺動軸Jまわりの一方側(第1回転方向)への揺動を往路Aとし、他方側(第1回転方向とは逆方向)への揺動を復路Bとしたとき、制御部48は、往路Aでレーザー光Lを出射して形成する往路パターン光PL’と、復路Bでレーザー光Lを出射して形成する復路パターン光PL”と、が一致するよう制御する。
The
そのため、往路パターン光PL’と復路パターン光PL”とが重なってパターン光PLが形成され、パターン光PLを十分に明るくすることができる。このように、パターン光PLを明るくすることができれば、その分、レーザー光源42の出力を落とすことができ、レーザー光源42の発熱を抑制することができる。これにより、レーザー光源42の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光PLがより鮮明となる。そのため、対象物Wの三次元計測精度が向上する。また、パターン光PLが明るい分、カメラ471の露光時間を短くすることができ、対象物Wの三次元計測をより短時間で行うこともできる。
Therefore, the outbound pattern light PL'and the inbound pattern light PL' overlap to form the pattern light PL, and the pattern light PL can be sufficiently brightened. In this way, if the pattern light PL can be brightened, By that amount, the output of the
また、前述したように、三次元計測装置4は、ライン状のレーザー光Lを出射する光出射部41と、1つの揺動軸Jまわりに揺動するミラー444を備え、ミラー444によってレーザー光Lを反射して走査する光走査部44と、ミラー444の揺動角を検出する揺動角検出部46と、撮像部47と、光出射部41の駆動を制御する制御部48と、を備え、光走査部44で走査されたレーザー光Lにより形成されるパターン光PLを対象物Wに投影し、パターン光PLが投影されている対象物Wを撮像部47により撮像することにより、対象物Wの三次元計測を行う。そして、ミラー444の揺動軸Jまわりの一方側(第1回転方向)への揺動を往路Aとし、他方側(第1回転方向とは逆方向)への揺動を復路Bとしたとき、制御部48は、往路Aでレーザー光Lを出射して形成する往路パターン光PL’と、復路Bでレーザー光Lを出射して形成する復路パターン光PL”と、が一致するよう制御する。
Further, as described above, the three-dimensional measuring device 4 includes a
そのため、往路パターン光PL’と復路パターン光PL”とが重なってパターン光PLが形成され、パターン光PLを十分に明るくすることができる。このように、パターン光PLを明るくすることができれば、その分、レーザー光源42の出力を落とすことができ、レーザー光源42の発熱を抑制することができる。これにより、レーザー光源42の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光PLがより鮮明となる。そのため、対象物Wの三次元計測精度が向上する。また、パターン光PLが明るい分、カメラ471の露光時間を短くすることができ、対象物Wの三次元計測をより短時間で行うこともできる。
Therefore, the outbound pattern light PL'and the inbound pattern light PL' overlap to form the pattern light PL, and the pattern light PL can be sufficiently brightened. In this way, if the pattern light PL can be brightened, By that amount, the output of the
また、前述したように、光走査部44は、ミラー444を備える可動部441と、可動部441を支持する支持部442と、可動部441と支持部442とを接続する梁部443と、を有する。そして、揺動角検出部46は、梁部443と支持部442との接続部に設けられているピエゾ抵抗部461を有する。これにより、揺動角検出部46の構成が簡単となる。また、光走査部44と一体形成することができ、装置の小型化を図ることもできる。
Further, as described above, the
また、前述したように、対象物Wの三次元計測方法は、ライン状のレーザー光Lを出射する光出射部41と、1つの揺動軸Jまわりに揺動するミラー444を備え、ミラー444によってレーザー光Lを反射して走査する光走査部44と、ミラー444の揺動角を検出する揺動角検出部46と、撮像部47と、を備える三次元計測装置4を用い、光走査部44で走査されたレーザー光Lにより形成されるパターン光PLを対象物Wに投影し、パターン光PLが投影されている対象物Wを撮像部47により撮像することにより、対象物Wの三次元計測を行う。そして、ミラー444の揺動軸Jまわりの一方側(第1回転方向)への揺動を往路Aとし、他方側(第1回転方向とは逆方向)への揺動を復路Bとしたとき、往路Aでレーザー光Lを出射して形成する往路パターン光PL’と、復路Bでレーザー光Lを出射して形成する復路パターン光PL”と、が一致する。
Further, as described above, the three-dimensional measurement method of the object W includes a
そのため、往路パターン光PL’と復路パターン光PL”とが重なってパターン光PLが形成され、パターン光PLを十分に明るくすることができる。このように、パターン光PLを明るくすることができれば、その分、レーザー光源42の出力を落とすことができ、レーザー光源42の発熱を抑制することができる。これにより、レーザー光源42の発光効率の低下や変動が抑制され、パターン光PLがより鮮明となる。そのため、対象物Wの三次元計測精度が向上する。また、パターン光PLが明るい分、カメラ471の露光時間を短くすることができ、対象物Wの三次元計測をより短時間で行うこともできる。
Therefore, the outbound pattern light PL'and the inbound pattern light PL' overlap to form the pattern light PL, and the pattern light PL can be sufficiently brightened. In this way, if the pattern light PL can be brightened, By that amount, the output of the
また、前述したように、対象物Wの三次元計測方法では、nを自然数とし、ミラー444が揺動開始してからn回目の復路Bでミラー444が第1基準角度θ1となる時刻をTb0とし、n+1回目の復路B(n+1)でミラー444が第1基準角度θ1となる時刻をTb1とし、復路B(n)と復路B(n+1)との間に揺動する往路A(m)でミラー444が第1基準角度θ1となる時刻をTa0としたとき、時刻Tb0と時刻Tb1との差ΔT11および時刻Ta0と時刻Tb1との差ΔT12に基づいて、復路B(n+1)以降の往路Aにおけるレーザー光Lの出射を制御する。このような制御方法によれば、実際のミラー444の揺動状態に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射を精度よく制御することができる。
Further, as described above, in the three-dimensional measurement method of the object W, n is a natural number, and the time when the
また、前述したように、対象物Wの三次元計測方法では、差ΔT11および差ΔT12に基づいて、復路B(n+1)と復路B(n+2)との間に揺動する往路A(m+1)におけるレーザー光Lの出射を制御する。このような構成によれば、直前のミラー444の挙動に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射をさらに精度よく制御することができる。
Further, as described above, in the three-dimensional measurement method of the object W, in the outward path A (m + 1) swinging between the return path B (n + 1) and the return path B (n + 2) based on the difference ΔT11 and the difference ΔT12. Controls the emission of the laser beam L. According to such a configuration, since the emission timing and intensity of the laser beam L can be determined based on the behavior of the
また、前述したように、対象物Wの三次元計測方法では、mを自然数とし、ミラー444が揺動開始してからm回目の往路A(m)でミラー444が第2基準角度θ2となる時刻をTc0とし、m+1回目の往路A(m+1)でミラー444が第2基準角度θ2となる時刻をTc1とし、往路A(m)と往路A(m+1)との間に揺動する復路B(n+1)でミラー444が第2基準角度θ2となる時刻をTd0としたとき、時刻Tc0と時刻Tc1との差ΔT21および時刻Td0と時刻Tc1との差ΔT22に基づいて、往路A(m+1)以降の復路Bにおけるレーザー光Lの出射を制御する。このような制御方法によれば、実際のミラー444の揺動状態に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射を精度よく制御することができる。
Further, as described above, in the three-dimensional measurement method of the object W, m is a natural number, and the
また、前述したように、対象物Wの三次元計測方法では、差ΔT21および差ΔT22に基づいて、往路A(m+1)と往路A(m+2)との間に揺動する復路B(n+2)におけるレーザー光Lの出射を制御する。このような構成によれば、直前のミラー444の挙動に基づいてレーザー光Lの出射タイミングおよび強度を決定することができるため、レーザー光Lの出射をさらに精度よく制御することができる。
Further, as described above, in the three-dimensional measurement method of the object W, in the return path B (n + 2) swinging between the outward path A (m + 1) and the outward path A (m + 2) based on the difference ΔT21 and the difference ΔT22. Controls the emission of the laser beam L. According to such a configuration, since the emission timing and intensity of the laser beam L can be determined based on the behavior of the
<第2実施形態>
図13は、本発明の第2実施形態に係る三次元計測装置の部分拡大図である。
<Second Embodiment>
FIG. 13 is a partially enlarged view of the three-dimensional measuring device according to the second embodiment of the present invention.
なお、本実施形態は、揺動角検出部46の構成が異なること以外は、前述した第1実施形態と同様である。そのため、以下の説明では、本実施形態に関し、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、図13において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
The present embodiment is the same as the above-described first embodiment except that the configuration of the swing
本実施形態のロボットシステム1では、図13に示すように、揺動角検出部46は、第1基準角度θ1を検出する第1揺動角検出部46Aと、第2基準角度θ2を検出する第2揺動角検出部46Bと、を有する。
In the
第1揺動角検出部46Aは、ミラー444に向けて光LL1を出射する光源462Aと、ミラー444で反射された光LL1を受光するフォトダイオード463Aと、を有する。そして、フォトダイオード463Aは、ミラー444の揺動角が第1基準角度θ1のときに反射された光LL1を受光するように配置されている。そのため、フォトダイオード463Aからの出力信号に基づいて、第1基準角度θ1を検出することができる。
The first swing
第2揺動角検出部46Bは、ミラー444に向けて光LL2を出射する光源462Bと、ミラー444で反射された光LL2を受光するフォトダイオード463Bと、を有する。そして、フォトダイオード463Bは、ミラー444の揺動角が第2基準角度θ2のときに反射された光LL2を受光するように配置されている。そのため、フォトダイオード463Bからの出力信号に基づいて、第2基準角度θ2を検出することができる。
The second swing
以上のように、本実施形態の揺動角検出部46は、ミラー444に向けて光LL1、LL2を出射する光源462A、462Bと、ミラー444が所定の揺動角のときに反射する光LL1、LL2を受光する受光素子としてのフォトダイオード463A、463Bと、を有する。このような構成によれば、比較的簡単な構成で、ミラー444の揺動角を検出することができる。
As described above, the swing
このような第2実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を発揮することができる。 Even with such a second embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
以上、本発明の三次元計測方法、三次元計測装置およびロボットシステムを図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。 The three-dimensional measurement method, the three-dimensional measurement device, and the robot system of the present invention have been described above based on the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to this, and the configurations of each part have the same functions. Can be replaced with any configuration having. Further, any other constituents may be added to the present invention.
1…ロボットシステム、2…ロボット、21…ベース、22…ロボットアーム、221…第1アーム、222…第2アーム、223…第3アーム、224…第4アーム、225…第5アーム、226…第6アーム、24…エンドエフェクター、251…第1駆動装置、252…第2駆動装置、253…第3駆動装置、254…第4駆動装置、255…第5駆動装置、256…第6駆動装置、4…三次元計測装置、40…投影部、41…光出射部、42…レーザー光源、43…光学系、431…集光レンズ、432…ロッドレンズ、44…光走査部、441…可動部、442…支持部、443…梁部、444…ミラー、445…永久磁石、446…コイル、45…光強度検出部、46…揺動角検出部、46A…第1揺動角検出部、46B…第2揺動角検出部、461…ピエゾ抵抗部、462A、462B…光源、463A、463B…フォトダイオード、47…撮像部、471…カメラ、472…撮像素子、473…集光レンズ、48…制御部、481…情報受付部、483…駆動制御部、49…計測部、5…ロボット制御装置、6…ホストコンピューター、100〜103…テーブル、A…往路、B…復路、D…強度、Ip…光強度情報、Iθ…角度情報、J…揺動軸、L…レーザー光、LL1、LL2…光、O1…第1軸、O2…第2軸、O3…第3軸、O4…第4軸、O5…第5軸、O6…第6軸、PL…パターン光、PL’…往路パターン光、PL”…復路パターン光、PL1…第1パターン光、PL2…第2パターン光、PL3…第3パターン光、PL4…第4パターン光、Q…レーザー光非出射エリア、S1…第1撮像ステップ、S2…第2撮像ステップ、S3…第3撮像ステップ、S4…第4撮像ステップ、W…対象物、f…周期、f1…第1周期、f2…第2周期、f3…第3周期、f4…第4周期、θ1…第1基準角度、θ2…第2基準角度 1 ... Robot system, 2 ... Robot, 21 ... Base, 22 ... Robot arm, 221 ... 1st arm, 222 ... 2nd arm, 223 ... 3rd arm, 224 ... 4th arm, 225 ... 5th arm, 226 ... 6th arm, 24 ... End effector, 251 ... 1st drive device, 252 ... 2nd drive device, 253 ... 3rd drive device, 254 ... 4th drive device, 255 ... 5th drive device, 256 ... 6th drive device 4, 4 ... 3D measuring device, 40 ... Projection unit, 41 ... Light emission unit, 42 ... Laser light source, 43 ... Optical system, 431 ... Condensing lens, 432 ... Rod lens, 44 ... Optical scanning unit, 441 ... Moving part , 442 ... Support part, 443 ... Beam part, 444 ... Mirror, 445 ... Permanent magnet, 446 ... Coil, 45 ... Light intensity detection part, 46 ... Swing angle detection part, 46A ... First swing angle detection part, 46B ... Second swing angle detection unit, 461 ... Piezo resistance unit, 462A, 462B ... Light source, 463A, 463B ... Photodiond, 47 ... Imaging unit, 471 ... Camera, 472 ... Imaging element, 473 ... Condensing lens, 48 ... Control unit, 481 ... Information reception unit, 483 ... Drive control unit, 49 ... Measurement unit, 5 ... Robot control device, 6 ... Host computer, 100 to 103 ... Table, A ... Outward route, B ... Return route, D ... Strength, Ip ... Light intensity information, Iθ ... Angle information, J ... Shaking axis, L ... Laser light, LL1, LL2 ... Light, O1 ... 1st axis, O2 ... 2nd axis, O3 ... 3rd axis, O4 ... 4th axis , O5 ... 5th axis, O6 ... 6th axis, PL ... pattern light, PL'... outward pattern light, PL "... return pattern light, PL1 ... 1st pattern light, PL2 ... 2nd pattern light, PL3 ... 3rd Pattern light, PL4 ... 4th pattern light, Q ... Laser light non-emission area, S1 ... 1st imaging step, S2 ... 2nd imaging step, S3 ... 3rd imaging step, S4 ... 4th imaging step, W ... Object , F ... period, f1 ... first cycle, f2 ... second cycle, f3 ... third cycle, f4 ... fourth cycle, θ1 ... first reference angle, θ2 ... second reference angle
Claims (9)
1つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、を備える三次元計測装置を用い、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行う三次元計測方法であって、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第1回転方向への揺動を往路とし、前記第1回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致することを特徴とする三次元計測方法。 A light emitting part that emits a line-shaped laser beam and
An optical scanning unit that includes a mirror that swings around one swing axis and reflects and scans the laser beam by the mirror.
A swing angle detection unit that detects the swing angle of the mirror,
Using a three-dimensional measuring device equipped with an imaging unit,
The pattern light formed by the laser beam scanned by the optical scanning unit is projected onto the object, and the object on which the pattern light is projected is imaged by the imaging unit to create a tertiary of the object. It is a three-dimensional measurement method that performs original measurement.
When the swing of the mirror around the swing axis in the first rotation direction is the outward path and the swing in the direction opposite to the first rotation direction is the return path.
A three-dimensional measurement method characterized in that the outward path pattern light formed by emitting the laser beam on the outward path and the return path pattern light formed by emitting the laser beam on the return path match.
前記ミラーが揺動開始してからn回目の前記復路で前記ミラーが第1基準角度となる時刻をTb0とし、
n+1回目の前記復路で前記ミラーが前記第1基準角度となる時刻をTb1とし、
前記n回目の復路と前記n+1回目の復路との間に揺動する前記往路で前記ミラーが前記第1基準角度となる時刻をTa0としたとき、
前記時刻Tb0と前記時刻Tb1との差ΔT11および前記時刻Ta0と前記時刻Tb1との差ΔT12に基づいて、前記n+1回目の復路以降の前記往路における前記レーザー光の出射を制御する請求項1に記載の三次元計測方法。 Let n be a natural number
The time when the mirror becomes the first reference angle on the nth return path after the mirror starts swinging is set to Tb0.
Let Tb1 be the time when the mirror becomes the first reference angle on the n + 1th return trip.
When the time when the mirror becomes the first reference angle in the outward path swinging between the nth return path and the n + 1th return path is set to Ta0.
The first aspect of claim 1 is to control the emission of the laser beam in the outward path after the n + 1th return path based on the difference ΔT11 between the time Tb0 and the time Tb1 and the difference ΔT12 between the time Ta0 and the time Tb1. Three-dimensional measurement method.
前記ミラーが揺動開始してからm回目の前記往路で前記ミラーが第2基準角度となる時刻をTc0とし、
m+1回目の前記往路で前記ミラーが前記第2基準角度となる時刻をTc1とし、
前記m回目の往路と前記m+1回目の往路との間に揺動する前記復路で前記ミラーが前記第2基準角度となる時刻をTd0としたとき、
前記時刻Tc0と前記時刻Tc1との差ΔT21および前記時刻Td0と前記時刻Tc1との差ΔT22に基づいて、前記m+1回目の往路以降の前記復路における前記レーザー光の出射を制御する請求項1ないし3のいずれか1項に記載の三次元計測方法。 Let m be a natural number
The time when the mirror becomes the second reference angle on the mth outbound route after the mirror starts swinging is set to Tc0.
Let Tc1 be the time when the mirror becomes the second reference angle on the m + 1th outbound route.
When the time when the mirror becomes the second reference angle in the return path swinging between the m-th outward path and the m + 1-th outward path is set to Td0.
Claims 1 to 3 for controlling the emission of the laser beam in the return path after the m + 1th outward path based on the difference ΔT21 between the time Tc0 and the time Tc1 and the difference ΔT22 between the time Td0 and the time Tc1. The three-dimensional measurement method according to any one of the above.
1つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、
前記光出射部の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行う三次元計測装置であって、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第1回転方向への揺動を往路とし、前記第1回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記制御部は、前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致するよう制御することを特徴とする三次元計測装置。 A light emitting part that emits a line-shaped laser beam and
An optical scanning unit that includes a mirror that swings around one swing axis and reflects and scans the laser beam by the mirror.
A swing angle detection unit that detects the swing angle of the mirror,
Imaging unit and
A control unit that controls the drive of the light emitting unit is provided.
A pattern light formed by the laser beam scanned by the optical scanning unit is projected onto an object, and the object on which the pattern light is projected is imaged by the imaging unit to create a three-dimensional object. It is a three-dimensional measuring device that performs original measurement.
When the swing of the mirror around the swing axis in the first rotation direction is the outward path and the swing in the direction opposite to the first rotation direction is the return path.
The control unit is characterized in that the outward path pattern light formed by emitting the laser beam on the outward path and the return path pattern light formed by emitting the laser beam on the return path are controlled to match. Three-dimensional measuring device.
前記揺動角検出部は、前記梁部と前記支持部との接続部に設けられているピエゾ抵抗部を有する請求項6に記載の三次元計測装置。 The optical scanning unit includes a movable portion including the mirror, a support portion that supports the movable portion, and a beam portion that connects the movable portion and the support portion.
The three-dimensional measuring device according to claim 6, wherein the swing angle detecting portion has a piezoresistive portion provided at a connecting portion between the beam portion and the support portion.
対象物の三次元計測を行う三次元計測装置と、
前記三次元計測装置による計測結果に基づいて前記ロボットの動作を制御するロボット制御装置と、を備え、
前記三次元計測装置は、
ライン状のレーザー光を出射する光出射部と、
1つの揺動軸まわりに揺動するミラーを備え、前記ミラーによって前記レーザー光を反射して走査する光走査部と、
前記ミラーの揺動角を検出する揺動角検出部と、
撮像部と、
前記光出射部の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記光走査部で走査された前記レーザー光により形成されるパターン光を対象物に投影し、前記パターン光が投影されている前記対象物を前記撮像部により撮像することにより、前記対象物の三次元計測を行い、
前記ミラーの前記揺動軸まわりの第1回転方向への揺動を往路とし、前記第1回転方向とは逆方向への揺動を復路としたとき、
前記制御部は、前記往路で前記レーザー光を出射して形成する往路パターン光と、前記復路で前記レーザー光を出射して形成する復路パターン光と、が一致するよう制御することを特徴とするロボットシステム。 A robot equipped with a robot arm and
A three-dimensional measuring device that performs three-dimensional measurement of an object,
A robot control device that controls the operation of the robot based on the measurement result of the three-dimensional measuring device is provided.
The three-dimensional measuring device is
A light emitting part that emits a line-shaped laser beam and
An optical scanning unit that includes a mirror that swings around one swing axis and reflects and scans the laser beam by the mirror.
A swing angle detection unit that detects the swing angle of the mirror,
Imaging unit and
A control unit that controls the drive of the light emitting unit is provided.
By projecting the pattern light formed by the laser beam scanned by the optical scanning unit onto the object and imaging the object on which the pattern light is projected by the imaging unit, the tertiary of the object is captured. Perform the original measurement
When the swing of the mirror around the swing axis in the first rotation direction is the outward path and the swing in the direction opposite to the first rotation direction is the return path.
The control unit is characterized in that the outward path pattern light formed by emitting the laser beam on the outward path and the return path pattern light formed by emitting the laser beam on the return path are controlled to match. Robot system.
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JP2019056580A JP2020159732A (en) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | Three-dimensional measurement method, three-dimensional measurement device, and robot system |
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---|---|---|---|---|
CN114526689A (en) * | 2022-02-03 | 2022-05-24 | 上海研视信息科技有限公司 | Steel coil end face scanning system based on 3D imaging technology |
-
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- 2019-03-25 JP JP2019056580A patent/JP2020159732A/en active Pending
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